一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111606314A(43)申请公布日2020.09.01(21)申请号202010501698.0(22)申请日2020.06.04(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人王振波邓亮阙兰芳隋旭磊玉富达赵磊(74)专利代理机构哈尔滨龙科专利代理有限公司23206代理人高媛(51)Int.Cl.C01B25/455(2006.01)C01B25/45(2006.01)H01M4/58(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书2页说明书8页附图5页(54)发明名称一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法(57)摘要一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，属于电池材料合成技术领域。其制备方法如下：(1)溶入碳源、钒源、磷源、氟源和钠源等原料；(2)加热条件下除去游离水，得到湿溶胶；(3)对湿溶胶进行真空干燥，得到干凝胶；(4)研细干凝胶，得到粉状前驱体；(5)在流动惰性气氛保护下，对前驱体进行预烧和焙烧，随炉冷却即可。本发明制得的钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠纯度高，消除了由杂相带来的3.3V(vs.Na+/Na)左右的低工作电压平台，提高了该种正极材料的工作电压和能量密度。本发明操作简单、重现性好，制得的材料具有较高的能量密度和优异的倍率、循环性能，能满足钠离子电池实际应用的需要。CN111606314ACN111606314A权利要求书1/2页1.一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤一：室温下，将碳源溶于去离子水中，搅拌混合均匀，得到澄清溶液M1，调节M1的pH为弱酸性；步骤二：称取与碳源总量成摩尔比为5：2的钒源，将其加入到溶液M1中，在保持搅拌和加热条件20～30min后得到澄清溶液M2；步骤三：称取磷源、钠源和氟源，将其加入到溶液M2中，保持搅拌和加热条件10～15min，得到澄清溶液M3；步骤四：保持搅拌和加热条件不变，使溶液M3中的水分不断蒸发，在8～12小时后溶液M3逐步转变为黑色溶胶，最后形成凝胶P1；步骤五：将步骤四中的凝胶转移至真空干燥箱内抽真空加热干燥，结束后得到干凝胶P2；步骤六：取出步骤五中的干凝胶，用研杵研细或通过球磨得到粉状前驱体，之后将其置入管式炉，在流动惰性气氛保护下，预烧使碳源热解，再焙烧，最后随炉冷却，即得到钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠。2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述碳源为有机酸和/或铵盐，所述有机酸为一水柠檬酸和/或无水柠檬酸；所述铵盐为柠檬酸二氢铵、柠檬酸氢二铵、柠檬酸三铵中的一种或多种的混合物。3.根据权利要求1或2所述的一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述弱酸性指pH为3.0～5.0。4.根据权利要求3所述的一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征在于：调节溶液为弱酸性的方式包括两种：一是直接向溶液中滴加氨水；二是在步骤一中已经选定欲加入碳源的总量的前提下，同时选择加入有机酸类碳源和铵盐类碳源。5.根据权利要求4所述的一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征在于：所述有机酸类碳源中的柠檬酸根与铵盐类碳源中的铵根离子的摩尔比为0.4～0.8。6.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征在于：步骤二、三、四中，所述加热条件为45～75℃。7.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征在于：所述钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵、草酸氧钒中的一种或多种的混合物；所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的一种或多种的混合物；所述钠源为氟化钠、乙酸钠、碳酸钠、硝酸钠中的一种或多种的混合物；所述氟源为氟化铵和/或氟化钠。8.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征在于：步骤五中，所述真空加热干燥的温度为60～80℃，时间为6～12h，真空度为0.1MPa。9.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征在于：步骤六中，所述球磨的转速为200～300r/min，时间为10～15min。10.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征在于：步骤六中，所述预烧的温度为250～350℃，时间为4～8h；所述焙烧的温度为550～650℃，时间为6～10h；所述管式炉的升温速率设定为5～10℃/min。11.根据权利要求1所述的一种钠离子电池正极材料三氟磷酸钒钠的制备方法，其特征2CN111606314A权利要求书2/2页在于：步